Инженерный расчет защиты от статического электричества

По определению ГОСТ 12.1.018-93 “Статическое электричество. Искробезопастность” [30] термин “статическое электричество” означает совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектриков и полупроводников, изделий на изолированных (в том числе диспергированных (лат. dispergo – рассеивать; порошки, эмульсии) в диэлектрической среде) проводниках.

Электризация материалов часто препятствует нормальному ходу технологических процессов производства, а также создает дополнительную пожарную опасность вследствие искрообразования при разрядах при наличии в помещениях, резервуарах и ангарах горючих паро- и газо-воздушных смесей.

Этот же ГОСТ дает определение понятий электростатической искробезопастности (ЭСиБ) как состояние объекта, при котором исключена возможность взрыва и пожара от статического электричества. Электростатическая искробезопастность должна обеспечиваться путем устранения разрядов статического электричества, способных стать источником зажигания огнеопасных веществ (материалов, смесей, изделий, продукции и т.д.)

В ряде случаев статическая электризация тела человека и затем последующий разряд с человека на землю или заземленное производственное оборудование, а также электрический разряд с незаземленного оборудования через тело человека могут вызвать болевые и нервные ощущения и быть причиной непроизвольного резкого движения, в результате которого человек может получить травму (падения, ушибы и т.д.).

Согласно гипотезе о статической электризации тел при соприкосновении двух разноразрядных веществ из-за неравновесности атомных и молекулярных сил на их поверхности происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах еще и ионов) с образованием двойного электрического слоя с противоположными знаками электрических зарядов. Таким образом, между соприкасающимися телами, особенно при их трении, возникает контактная разность потенциалов, значение которой зависит от ряда факторов – диэлектрических свойств материалов, значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и температуры поверхностей этих тел, климатических условий.

При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой электрический заряд, а с увеличением расстояния между ними (при уменьшении электрической емкости системы) за счет совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт.

При одинаковых значениях диэлектрической постоянной e соприкасающихся материалов электростатические заряды не возникают.

Заземление какой-либо части электроустановки называется преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством.

Защитным заземлением называется заземление частей электроустановки с целью обеспечения электробезопасности.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземляющим проводником называется проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем.

Заземлителем называется проводник (электрод) или совокупность металлических соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей.

Сопротивление заземляющего устройства в любое время года должны быть не более 2, 4, 8, Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380, 220 В источника трехфазного тока. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений нулевого провода ВЛ до 1кВ при количестве отходящих линий не менее двух.

При наличии заземления сопротивление изоляции замкнутой на корпус фазы будет определяться в основном сопротивлением заземляющего устройства R3. Поэтому при определении силы тока в цепи человека, прикоснувшегося к аварийному корпусу для сети с глухозаземленной централью получим:

, (4.1)

где - сопротивление заземления нейтрали, Ом

Ом - сопротивление тела человека;

- сопротивление одиночного заземлителя (нормируемое).

Значение тока примем равным J =1 мА. Согласно справочнику по технике безопасности в таблице “характер воздействия электрического тока на организм человека” для тока J=0.6 – 1.6 мА характер воздействия определен следующим образом: “Начало ощущения – слабый зуд, пощипывание кожи”.

Тогда для получим

, (4.2)

, (4.3)

Таким образом, нормируемое значение одиночного заземления принимаем равным: = 2.6 Ом

Ток, проходящий через заземлитель в землю, преодолевает сопротивление называемое сопротивлением заземлителя растеканию тока или просто сопротивлением растеканию.

Оно имеет три слагаемых: сопротивление самого заземлителя, переходное сопротивление между заземлителем и грунтом и сопротивление грунта. Две первых величины очень малы, поэтому ими пренебрегают.

Сопротивление заземлителя растеканию тока должно удовлетворять условию:

Выберем тип заземлителя: стержневой у поверхности земли. Схема заземлителя имеет вид представленный на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Схема заземлителя

Сопротивление заземлителя данного вида определяется по формуле:

, , (4.4)

где r - удельное сопротивление грунта, Ом;

- длина заземлителя, см;

- диаметр заземлителя, см.

Для нашего случая грунтом является глина обычная с сопротивлением (Ом см); 20 см; 80 см; тогда в итоге получим:

Ом (4.5)

Так как, , то вместо одиночного заземлителя применяют группу из нескольких параллельно соединенных заземлителей, расположенных на расстоянии 2.5 – 5 м друг от друга.

Количество заземлителей определяют по формуле:

, (4.6)

где h - коэффициент использования заземлителя, он учитывает снижение проводимости группового заземлителя из-за взаимного экранирования близко расположенных заземлителей.

Так как, отношение , то коэффициент h=0.7;